Как кислород впервые достиг океанов Земли
В течение примерно 2 миллиардов лет ранней истории Земли в атмосфере не было кислорода, необходимого для сложной жизни. Кислород начал накапливаться в период Великого окисления (GOE), но когда и как он впервые попал в океаны, оставалось неясным.
Новое исследование, опубликованное в Nature Communications, показывает, что кислород поглощался из атмосферы в мелководные океаны всего за несколько миллионов лет — мгновение по геологическим меркам. Работа под руководством исследователей из Института океанографии Вудс-Хоул (WHOI) дает новое представление об одном из важнейших экологических сдвигов в истории Земли.
"В тот период истории Земли почти вся жизнь была в океанах. Для развития сложной жизни организмам сначала пришлось научиться не только использовать кислород, но и просто переносить его", — сказал ведущий автор исследования Энди Херд. "Понимание того, когда кислород впервые накопился в атмосфере и океанах Земли, необходимо для отслеживания эволюции жизни.
"И поскольку оксигенация океана, по-видимому, следовала за атмосферным кислородом удивительно быстро, это говорит о том, что если мы обнаружим кислород в атмосфере далекой экзопланеты, есть большая вероятность, что в ее океанах также содержится кислород".
Как исследователи проследили древнюю оксигенацию
Исследователи использовали новые химические анализы черных сланцев — богатых органикой морских осадочных пород из Южной Африки, которые сформировались в океане во время GOE. Они обнаружили, что содержание стабильных изотопов микроэлемента ванадия в сланцах, образовавшихся до и после стратиграфического уровня, отмечающего оксигенацию атмосферы, изменилось.
"Южная Африка — одно из немногих мест на Земле с исключительно хорошо сохранившимися горными породами этого переломного времени в истории нашей планеты. Эти осадочные породы содержат одни из наших самых убедительных индикаторов подъема атмосферного кислорода", — сказал соавтор исследования Чад Острандер.
"Эти породы имеют относительно точные возрастные ограничения, и в них мы видим исчезновение масс-независимого фракционирования серы — традиционного 'неопровержимого доказательства' GOE".
Значение ванадия и новые выводы
"Ванадий особенно эффективен, потому что он реагирует на относительно высокие уровни растворенного кислорода по сравнению с другими геохимическими прокси для этого периода истории Земли. Это означает, что мы можем обнаружить, когда кислород в океанах впервые поднялся выше примерно 10 микромолей на литр — несколько процентов от современных уровней", — сказал соавтор исследования Сюн Нильсен.
"Для контекста: в современных океанах в среднем содержится около 170 микромолей растворенного кислорода на литр. По современным меркам это немного, но в океанах, которые ранее были почти полностью бескислородными, это представляет собой важный шаг в оксигенации Земли".
Эти выводы показывают, что океаны Земли начали накапливать кислород гораздо раньше и быстрее, чем считалось ранее, меняя наше понимание того, как планета стала пригодной для сложной жизни.
"Это исследование помогает прояснить один из самых важных поворотных моментов в истории Земли, — продолжил Херд. — Прослеживая, когда кислород впервые достиг океанов, мы приближаемся к пониманию того, как на нашей планете возникли условия для сложной жизни — и как они могут возникнуть в других местах".